宇宙(zhòu)是“人为制造”的(de)？为(wèi)何会(huì)存在科(kē)学无(wú)法解释的“暗物质”？暗物质又究(jiū)竟是(shì)什么？人类为了(le)寻找暗物质存在的证据，科学(xué)家(jiā)们在(zài)过去的(de)几十年当中进(jìn)行了超(chāo)过(guò)50次的长期实验，但是却没有发现任何的有效证据。除了一个地(dì)方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原理一书中(zhōng)，埃萨克牛顿发表(biǎo)了(le)万(wàn)有(yǒu)引力定律，它揭示了宇宙中天体(tǐ)运动的规律。往后(hòu)的几百年来，当(dāng)天(tiān)文学家们发现某些天体运行轨道出现异常，不(bù)符(fú)合万(wàn)有引(yǐn)力定律的时候，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通(tōng)过引力在摄动它的轨道。比如在(zài)1846年，奥(ào)本勒维耶就通(tōng)过天王星(xīng)运(yùn)行轨道的(de)异常(cháng)，推算并(bìng)且发现了海王星的存在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星的(de)发现(xiàn)都是应用万有引力定(dìng)律所取得重大天文成就的(de)例(lì)子。但是这些发现(xiàn)都是(shì)在恒星(xīng)系统的尺(chǐ)度当中，可当(dāng)我(wǒ)们(men)上升到星系或者(zhě)是星团的尺度，事情(qíng)就开(kāi)始变得(dé)诡异(yì)了。

1933年，瑞士的物理学(xué)家弗里茨(cí)兹威基正在(zài)研究和测(cè)量后(hòu)发(fā)星系团的(de)质量。这是一个由数千个星系所组成(chéng)的(de)巨大星系团，这些星系被(bèi)引力束缚(fù)在一起(qǐ)。测量星系团的质(zhì)量(liàng)一般会使用(yòng)到两种方法，当(dāng)两种方法(fǎ)结果一致，就可以确定其质量的范围。

第一种是(shì)获(huò)得其"光度学的质量(liàng)"，需要的数据是测量各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算(suàn)，是(shì)利用光谱红移测量星系团(tuán)中的(de)各个星(xīng)系相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结果出来之后，兹威(wēi)基彻底懵了，“动力学(xué)质量”竟然是“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味着，后发座星(xīng)系团有99%的质量消失了，或者说(shuō)这99%的质量并(bìng)不以可见光的形式所存在(zài)，我(wǒ)们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在测量(liàng)速(sù)度的过(guò)程中(zhōng)，兹威基发现星系团(tuán)中(zhōng)很多星系(xì)的速度比理论上要(yào)快得多，按照(zhào)牛顿的(de)运(yùn)动学定律(lǜ)，仅靠(kào)这(zhè)些(xiē)可见星(xīng)系的质量所(suǒ)产生(shēng)的引力是无法将它们(men)束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们早(zǎo)就(jiù)应该被抛(pāo)出(chū)星系团之外了，除非(fēi)有一种(zhǒng)神(shén)秘的力量(liàng)在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力量(liàng)来(lái)源(yuán)于某种隐形(xíng)的物质。

据此，兹(zī)维基提出了(le)这样部分不可见的暗(àn)质，它不(bù)发(fā)散(sàn)光、吸光、反射光，但是它们却占据着(zhe)宇(yǔ)宙(zhòu)中(zhōng)绝大部分(fēn)的质量(liàng)。只是当时(shí)的人们(men)对这样的一种(zhǒng)说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物(wù)质”这个词才(cái)再一次出现。天文学(xué)家维拉(lā)鲁(lǔ)宾和(hé)肯特(tè)福特在观测仙(xiān)女座星系中的恒星运动(dòng)。理(lǐ)论上来说，距离中心越(yuè)远的恒(héng)星在其(qí)轨道上的(de)运行速度(dù)就会越慢。但是他(tā)们(men)观测(cè)的结果(guǒ)却让人感到不(bù)可思议。

随着与中心(xīn)距(jù)离的(de)增加，恒(héng)星(xīng)的旋转速度几(jǐ)乎保持不(bù)变(biàn)。可是根据牛(niú)顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律(lǜ)，在星系当中如果没(méi)有足(zú)够大的质量(liàng)来吸(xī)引它(tā)们，这些外围的(de)恒星早(zǎo)就被甩(shuǎi)到(dào)宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种(zhǒng)现象，科学家们会使用一种相对(duì)标(biāo)准的方法来解释(shì)暗物质的存在，这种方法就是测量星(xīng)系当(dāng)中气(qì)体在X轴上距离星系中心的距离，以及在Y轴上(shàng)气体的旋转速度。如果出现异常的结果(guǒ)，就认为是由暗(àn)物质的(de)力(lì)量进(jìn)入其(qí)中。

于(yú)是科(kē)学家们(men)通过射电望远镜测(cè)量了距离星系中(zhōng)心更远距离的氢元素(sù)，发现它们(men)的旋转(zhuǎn)速(sù)度并(bìng)不符合牛(niú)顿的(de)力学(xué)定律。我们的太阳系也不例外(wài)，太(tài)阳系位(wèi)于银河系的第三(sān)悬臂(bì)之(zhī)上(shàng)，距(jù)离银河系中(zhōng)心2.6万光年，根据万有(yǒu)引力定律进行(xíng)计算(suàn)，太阳系的运行(xíng)速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际上(shàng)，太阳系正在以220千米/秒的速度围绕银(yín)河(hé)系(xì)旋转(zhuǎn)，这个实(shí)际速度远远大于理论速度，那(nà)么产生以上这种向(xiàng)心加速度的(de)原因很可(kě)能就是(shì)存在着一种我们看不(bù)到的物质，是这(zhè)些暗物(wù)质的引(yǐn)力效应将(jiāng)星系聚集在了(le)一起。

也是(shì)从这时开始，越(yuè)来(lái)越多(duō)的研(yán)究人(rén)员开始相(xiāng)信(xìn)暗物(wù)质的存(cún)在(zài)。科学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物(wù)质的质量占(zhàn)整个星系质量(liàng)的85%。但(dàn)是，暗物(wù)质并不是唯一可以解释这个(gè)现象(xiàng)的原因(yīn)。在(zài)一项新的研究当中，科学家们发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现速度上的微小差异。另外，天(tiān)文学家还发现了一(yī)个反常(cháng)的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离(lí)地(dì)对方说莫辜负是什么意思，已赞莫辜负是什么意思球大(dà)约2.5亿(yì)光年，大(dà)小和(hé)银河系不多，但是星系当(dāng)中存在的(de)恒星数(shù)量却只有银河(hé)系的(de)千分之(zhī)一(yī)。

所以(yǐ)在理(lǐ)论上(shàng)，该星系必须存在暗物质，否则就会分崩离析。但是科学(xué)家(jiā)们使用最先进的望远镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现(xiàn)星(xīng)系中的恒(héng)星运动是可(kě)以(yǐ)用(yòng)正常的物质(zhì)和力学定律来解释的。那么又有人提出，也(yě)许(xǔ)该星(xīng)系(xì)的暗物(wù)质(zhì)，已经(jīng)被附近的另一个(gè)大星(xīng)系剥(bō)离了(le)。奇怪的是(shì)，它的附近没有任(rèn)何星系存(cún)在。造成(chéng)这(zhè)些现象的除了暗物质(zhì)的假(jiǎ)说(shuō)之外，另一(yī)种(zhǒng)可能就是(shì)人类对(duì)引(yǐn)力的(de)理解还不够全面，引力很(hěn)可能在不同尺(chǐ)度空间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺度(dù)中(zhōng)的天体会沿(yán)着它(tā)们的(de)轨道，按(àn)照我们所理解(jiě)的方式(shì)运动。但是上升(shēng)到星(xīng)系和星(xīng)团的尺度(dù)，引力之间(jiān)的相(xiāng)互作用(yòng)则是不同的方式。对于在星系团之(zhī)间的相互作用，科(kē)学(xué)家还引入了外部场效(xiào)应的概(gài)念(niàn)，指的是(shì)在数(shù)百万光年的规模上，巨大的质(zhì)量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做(zuò)MOND蒙德(dé)理论。如果MOND蒙德理论成立，这(zhè)意味(wèi)着(zhe)我们(men)需(xū)要对(duì)现(xiàn)在的物理(lǐ)定律进行修(xiū)正，这些(xiē)发现也(yě)让很多(duō)人认为暗物质假说理论就(jiù)此终结(jié)。但是(shì)在(zài)宇宙当(dāng)中还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他(tā)的(de)理论证据，这(zhè)些理(lǐ)论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年(nián)的子(zi)弹星系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成，类似(shì)这样的星团，它们大部分的普通质量(liàng)都(dōu)在星系的气体当中。当星团(tuán)以1000万公里(lǐ)/小时发生碰撞的(de)时(shí)候，星际气体的(de)相(xiāng)互作用就会导(dǎo)致温(wēn)度的急剧升高(gāo)，速度大幅(fú)降低。所以在(zài)理(lǐ)论(lùn)上，在碰撞之后(hòu)，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气(qì)体所在的中间区域。那(nà)么我们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是(shì)不是集(jí)中在中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高清照片，在照片中我们可以明显地看(kàn)到很多星系似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实这些(xiē)星系本身并(bìng)不是真(zhēn)的被扭曲(qū)了(le)，也不是韦(wéi)伯望远镜出了(le)什么(me)问题，而是这样极遥远(yuǎn)的天体(tǐ)和我们(men)地球上的(de)观测(cè)者之间。被一个质(zhì)量(liàng)超级巨大的(de)天体遮挡，这个超大质量的东(dōng)西的引(yǐn)力，会使(shǐ)身(shēn)后更遥远星(xīng)系的光(guāng)都发生了(le)扭曲。这个现(xiàn)象(xiàng)就是引力(lì)透镜效应(yīng)。这个巨(jù)大的天体可能是超大(dà)质量的(de)黑洞或者是(shì)暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团(tuán)观测的时候，发现它的大质量(liàng)区域并不是在中间，而是在两(liǎng)侧。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星(xīng)团发生全部的(de)碰撞时，可被(bèi)观测到的质量气体被卡在了中间(jiān)，暗(àn)物质则直接通(tōng)过了这个区(qū)域，并在两边形成了引力透镜(jìng)。对子弹星系(xì)团的引力透镜研(yán)究也被认为是(shì)暗物(wù)质存在的(de)迄(qì)今(jīn)为(wèi)止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有(yǒu)来自宇(yǔ)宙当(dāng)中最古(gǔ)老的(de)光(guāng)。从宇宙(zhòu)大爆炸开(kāi)始，38万年之(zhī)后，可见(jiàn)光(guāng)终于可以畅通无(wú)阻地穿越在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)了。经过了130多亿年之后，这些光在宇宙空间(jiān)背景上留下(xià)了各相同(tóng)性的微波辐射(shè)。其中红色(sè)的部分(fēn)表示温度较(jiào)高的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但实际(jì)上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通过对(duì)前景(jǐng)背(bèi)景分离后的(de)二值图像进行连通域提取和标记之(zhī)后发现，如(rú)果宇宙当(dāng)中没(méi)有(yǒu)暗(àn)物质，图形看起(qǐ)来不应(yīng)该是(shì)这(zhè)样的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小(xiǎo)，才变得看起来“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微(wēi)波背景辐射(shè)的(de)测(cè)量(liàng)值，我们需(xū)要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数(shù)字与解(jiě)释(shì)星系当中恒星运动(dòng)所需(xū)要的(de)暗物质比(bǐ)例是一(yī)致的。这就(jiù)意味着。

用了一(yī)个(gè)简单(dān)的理论框架，就(jiù)很好地解释(shì)了很(hěn)多不(bù)同的观测结果(guǒ)。而暗物质(zhì)的本质(zhì)就是(shì)宇宙当中存在着某种类(lèi)型的(de)粒子，它(tā)们不参与任(rèn)何(hé)其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相互作用。所以如果能够找到这种粒子的存(cún)在，就(jiù)相(xiāng)当于找(zhǎo)到了暗物质(zhì)存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子到(dào)底是什么？科学家们(men)已经提出了数十(shí)种(zhǒng)的假(jiǎ)想目标，而要寻找这些不同的目标粒子所(suǒ)需要的实验方式也不相同。在(zài)过去的(de)几十年当中，人类为了寻找(zhǎo)对方说莫辜负是什么意思，已赞莫辜负是什么意思这些看(kàn)不见、摸不到，几乎(hū)不(bù)会与常规(guī)物(wù)质相互作(zuò)用(yòng)的“暗物质”，科学家们已经进(jìn)行了超过50次的(de)实验，却没有任何实(shí)质性的发现，除了一个地方，意大(dà)利(lì)的格兰萨索山，隶属于阿尔卑斯山脉。

在山下1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地球上最大的地学(xué)实验室，这(zhè)个实(shí)验室(shì)叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里有一个(gè)三层楼高的探测器(qì)，一直致力于寻找(zhǎo)暗物质粒子(zi)的周期性震荡。

自1997年以来，这里的科(kē)学(xué)家(jiā)声称观(guān)测到了某种信号。经过了20多年的数据收集，人们发(fā)现(xiàn)了一个有趣的事情。探测率会在每年的6月份(fèn)达到峰值，然后在(zài)11月降到(dào)最低(dī)，而且在(zài)20年当(dāng)中每年都是一样(yàng)。一些科(kē)学家认为这可能是人(rén)类(lèi)发现暗(àn)物质的第(dì)一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周(zhōu)期性(xìng)的年度信号呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围(wéi)绕着银河(hé)系(xì)进行移动(dòng)，那么如果暗物质存在(zài)宇宙当中，这意味着我们也在以这(zhè)样的(de)速度在穿(chuān)越着(zhe)暗物(wù)质流，这(zhè)个过(guò)程中(zhōng)会产生相应的(de)振荡(dàng)，同(tóng)时地球又(yòu)以30公里(lǐ)/秒的速度围绕太阳进行(xíng)旋(xuán)转(zhuǎn)。所(suǒ)以有半年的时间，地球围绕太(tài)阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳环绕(rào)银河系的方向是一致的，而另外半(bàn)年则与之相反。

而在6月份的(de)时候，地(dì)球(qiú)与太阳的(de)方向(xiàng)正好(hǎo)达到完全一(yī)致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越(yuè)暗物质流最快(kuài)的时段。而(ér)在(zài)11月份，又(yòu)恰好达到(dào)了最慢值。尽管在实际的(de)情况中(zhōng)，太(tài)阳(yáng)系(xì)相(xiāng)对银(yín)河系的平(píng)面(miàn)呈(chéng)现了60度的倾斜(xié)，但是这并(bìng)不影响这个理(lǐ)论(lùn)的(de)有效(xiào)性。

因此科学家认为这可以用来(lái)解(jiě)释，研究人员们所观测到(dào)的周期性信(xìn)号(hào)。当然也(yě)可(kě)能有其他的情况，造成这种年度周期(qī)信号(hào)的差异也(yě)可能(néng)是温度(dù)、湿度、土(tǔ)壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上的积雪，甚至(zhì)连意大利游客的数量也符合这个周期(qī)的规(guī)律。

所以，科学家们又在南半球建立了一个几乎相(xiāng)同的(de)实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前的(de)实验室正好相(xiāng)反，而在(zài)这(zhè)里，地(dì)球穿过暗物质流的运(yùn)动特征和第一个(gè)实验室是(shì)一样的。

因(yīn)此，如果(guǒ)在这(zhè)里(lǐ)可以得到相同的(de)信(xìn)号，就可(kě)以成(chéng)为(wèi)暗物质所(suǒ)存在(zài)的非常(cháng)有力的证据(jù)了(le)。但是由于(yú)这个实验室刚刚(gāng)建成(chéng)不久(jiǔ)，所以截至目前(qián)还无法提供相应的数(shù)据支持。另(lìng)外，在(zài)2025年，NASA将会发射一台新的(de)望远镜(jìng)，这台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫做“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主(zhǔ)镜大小(xiǎo)跟哈勃(bó)望远镜相同，但它(tā)的宽(kuān)视(shì)场(chǎng)仪器(qì)提供的视野是(shì)哈勃红外仪器的(de)100倍。南希格雷斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜其中一(yī)个关(guān)键(jiàn)的(de)用途就(jiù)是(shì)探索暗(àn)物质背(bèi)后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只(zhǐ)能拭(shì)目以待了。费米实验室(shì)粒子天(tiān)体(tǐ)物(wù)理(lǐ)中(zhōng)心的科学家丹琥珀和贾森斯特芬研究发现(xiàn)，如果(guǒ)暗物质存在，它们极有可能拥有另一种神秘(mì)的效应，这种暗物质效应(yīng)，会支持(chí)宇宙当(dāng)中生命的诞生，或者说是生命进化(huà)的(de)一个重要因素。

如果这一(yī)理论得到进一步(bù)的证(zhèng)实，那么(me)遍布宇宙当中的暗物质会不会意(yì)味(wèi)着人类并(bìng)不孤(gū)单呢？或许在宇宙当中某个(gè)角落的行星上，暗物(wù)质正在通过这样的效应创(chuàng)造生命。当然，这些推(tuī)论的大前(qián)提是要先找到暗物质存在(zài)的实际证据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物(wù)质到底存不存(cún)在呢？喜欢请点赞(zàn)，你(nǐ)的支持是我更(gèng)新的动力！

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